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研究生中文姓名:黃易瓏
研究生英文姓名:Huang,Yi-Lung
中文論文名稱:強化水盆排水旋渦中科氏力的實驗
英文論文名稱:The experiment to strengthen the Coriolis force in the vortex of a sink drain
指導教授姓名:胡健驊
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:海洋環境資訊系
學號:T974E0023
畢業年度:99
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:水盆排水旋渦地球自轉科氏力旋轉系統科氏力
英文關鍵字:vortex in sink drainearth’s rotation Coriolis forcedisk rotation Coriolis force
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水盆排水旋渦是否「地球自轉科氏力」造成,約半世紀前已被研討過。早期以巨大水盆精密觀察,證實該力可造成特定旋渦;之後又有數理推算及實驗室觀察,証明洗手檯之小水盆排水旋渦不是地球自轉科氏力的結果。雖然如此,這個問題至今仍被不斷提及,應該跟一般科氏力教學中只談颱風氣旋而不談水盆排水旋渦現象有關。
本研究嚐試控制小水盆排水,以極低流速擴大地球自轉科氏力作用時效,證明仍無法獲得穩定的逆時鐘旋轉方向,蓋低流速之微小地球自轉科氏力無法克服水的黏滯阻尼及初始擾動。故再置小水盆於旋轉系統中,即獲得強化的「旋轉系統科氏力」,產生穩定的逆時鐘渦旋。本論文並估算出旋轉系統科氏力對水盆排水的影響數字,竟相當於地球自轉科氏力對颱風的作用。
本研究僅使用簡易克難的旋轉盤設備,若將之專業改良,應可推廣至一般學校教學使用,讓師生瞭解水盆排水中之「地球自轉科氏力」雖存在,卻太微小,不可能構成特定旋渦,必須藉附加的旋轉系統放大,才能看見穩定的旋渦。
The topic of whether the vortex in the drain of a sink is caused by the Coriolis force due to the earth rotation has been studied about a half century ago. The early experiments using a large tank to obtain certain vortex in drainage proved the function of the force. After that, other theo-retical and laboratory works indicated that vortices in the drain of a sink were not a result of the earth's rotation Coriolis force. Nevertheless, such an issue is mentioned all the time until now, possibly due to that text-books always discuss how the Coriolis force causes the cyclonic rotation of typhoon but never talk about the vortex in sink drainage.
This study tried to control the drainage of a small basin for extremely low speeds to amplify the duration of the earth's rotation Coriolis effect. It was shown that no steady counterclockwise rotation could be derived since the earth's rotation Coriolis force for the low speeds was too small to overcome the eddy viscosity and the initial perturbation of the water. And then, the small basin was fixed to a rotation disk to obtain the strengthened Coriolis force, and a steady counterclockwise rotation was seen. This thesis also estimates numerically how the disk rotation Coriolis force induces the sink drainage vortex, surprisingly equivalent to that of the earth’s rotation Coriolis force for typhoon.
This study applied a very simple rotating disk for the experiment. A rather professional device can be easily designed for schools to explain that the earth’s rotation Coriolis force does exist in sink drainage but too small to induce certain vortex which may be seen if an additional rotation system is allocated.
致謝 ……………………………………………………………………Ⅰ
中文摘要 ………………………………………………………………Ⅱ
Abstract …………………………………………………………………Ⅲ
目錄 ……………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄 …………………………………………………………………Ⅵ
表目錄 …………………………………………………………………Ⅶ
第一章 緒論 ……………………..…………………………………… 1
第二章 地球自轉科氏力的理論 …………..………………………… 5
2.1地球自轉科氏力的概念 ……………………………………… 5
2.2地球自轉科氏力的理論 ……………………………………… 6
2.3水盆中水流之地球自轉科氏力偏轉速度 …………………… 8
第三章 實驗及研究方法 ………………………………………..….. 12
3.1.經驗分析 …………………………………………………….. 12
3.1.1國中學生認知調 …………………………………………. 12
3.1.2網路相關資訊 ………………….………………………… 14
3.2 實驗設計 ………………………………………………….… 15
3.2.1水盆排水實驗架構 ………………………………………. 15
3.2.2旋轉中之水盆排水實驗架構 ……………………………. 16
3.3實驗流程 ………………………………………………….… 17
第四章 結果分析與討論 ………………..………………………….. 19
4.1前人實驗結果分析 ………………..……………………….. 19
4.2靜態水盆排水實驗結果分析 ……………..……………….. 22
4.3旋轉中之水盆排水實驗結果分析 ……..………………….. 23
4.4旋轉系統中水流與颱風中氣流所受科氏力比較 ………… 26
4.5實驗過程之經驗與改進建議 …………….……………….. 30
4.5.1實驗過程之經驗 ……………..………………………….. 31
4.5.2實驗設計改進建議 ……………..……………………..… 32
第五章 總結 ……………….……………………………………….. 34
參考文獻 …………….…………………………………………….. 51
附錄一 …………………….…………………………………………52
附錄二 …………………………………….…………………………60

致謝 ……………………………………………………………………Ⅰ
中文摘要 ………………………………………………………………Ⅱ
Abstract …………………………………………………………………Ⅲ
目錄 ……………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄 …………………………………………………………………Ⅵ
表目錄 …………………………………………………………………Ⅶ
第一章 緒論 ……………………..…………………………………… 1
第二章 地球自轉科氏力的理論 …………..………………………… 5
2.1地球自轉科氏力的概念 ……………………………………… 5
2.2地球自轉科氏力的理論 ……………………………………… 6
2.3水盆中水流之地球自轉科氏力偏轉速度 …………………… 8
第三章 實驗及研究方法 ………………………………………..….. 12
3.1.經驗分析 …………………………………………………….. 12
3.1.1國中學生認知調 …………………………………………. 12
3.1.2網路相關資訊 ………………….………………………… 14
3.2 實驗設計 ………………………………………………….… 15
3.2.1水盆排水實驗架構 ………………………………………. 15
3.2.2旋轉中之水盆排水實驗架構 ……………………………. 16
3.3實驗流程 ………………………………………………….… 17
第四章 結果分析與討論 ………………..………………………….. 19
4.1前人實驗結果分析 ………………..……………………….. 19
4.2靜態水盆排水實驗結果分析 ……………..……………….. 22
4.3旋轉中之水盆排水實驗結果分析 ……..………………….. 23
4.4旋轉系統中水流與颱風中氣流所受科氏力比較 ………… 26
4.5實驗過程之經驗與改進建議 …………….……………….. 30
4.5.1實驗過程之經驗 ……………..………………………….. 31
4.5.2實驗設計改進建議 ……………..……………………..… 32
第五章 總結 ……………….……………………………………….. 34
參考文獻 …………….…………………………………………….. 51
附錄一 …………………….…………………………………………52
附錄二 …………………………………….…………………………60
公共電視台網站,2010, http://www.pts.org.tw/buzz3/34.html。
李偉,2001,國立台灣師範大學物理問題討論區:http://forum.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?
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讀者文摘,2007,7月號,讀者文摘遠東有限公司。
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論文全文(pdf)
全文檔開放日期:2010.7.18
 
 
 
 
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